JP4621857B2 - Solar thermal energy collector - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は太陽光を鏡等で集光して熱を得る太陽熱エネルギー収集装置に関するもので、特に高温高圧の熱出力を得る装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、太陽熱による200℃以上の高温を得る装置には、高い塔の上に集熱器を置き、この集熱器に太陽光を角度0.1〜1度程度の高い精度で追尾するヘリオスタットと呼ばれる装置と、1000枚前後の平面鏡を用いて集光し、高温を得るタワー方式と、円筒放物面鏡の焦点位置に集熱管をおいて集熱する方式と、凹面鏡を多数並べてその焦点に集熱器を置く方式(ディッシュ・スターリング方式の太陽熱発電の集熱方式)等がある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
従来の方式は何れも高い精度で鏡を動かして太陽光を追尾したり、全体のシステムが大掛かりになったり、特殊な鏡を必要とする等の欠点があった。
本発明は簡単な平面鏡を用いて、大掛かりな太陽追尾方式を用いずに、数100℃の高温の熱源を高い効率で太陽光から得ることと、一つのシステムの出力の最小単位を数kWでも十分に高温高効率の仕様を満足できるようにし、複数のシステムを連結することによって10kW〜数100MWの広い出力範囲に亙って同じ高温高効率を達成できるようにすることを課題とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】
太陽熱エネルギー収集装置の効率を上げるには、入力/損失の比率を上げることである。そのためには、タワー方式のように太陽光を鏡で集光して、集熱器の単位面積に対する入力を増やす方式と、真空平板式太陽熱収集装置(以下、太陽熱収集装置と言う)のように集熱器の単位面積当たりの損失を減らす方式とがあった。
【0005】
タワー方式のように1000枚前後の鏡で集光する場合は、集熱器から周囲の空気に対する熱伝達損失や、集熱器の表面からの放射による放射損失は集熱器への入力密度が非常に大きいために問題とはならなかったが、少ない枚数の鏡で効率を上げようとすると、集熱器自体からの上記の二つの損失は大きい問題となる。
【0006】
一方、太陽熱収集装置は鏡等による集光を行わずに効率を上げることを原則として開発されたものであるから、集熱器を支持する柱を伝わって逃げる熱伝導や周辺の気体等を伝わって逃げる熱伝達による熱損失(以下伝熱損失と言う)と集熱器からの放射損失は極端に減らされている。
伝熱損失は真空断熱によって極端に減らされ、損失の大半は放射損失になっているが、その放射損失は選択吸収膜によって減らされている。
【0007】
この両者の長所を巧みに利用して、高温度の出力で高効率の太陽熱エネルギー収集装置を得る。即ち少数の平面鏡を使用して太陽光を集め、そのエネルギーを低損失の太陽熱収集装置によって効率良く出力する。
【0008】
太陽熱収集装置の特長は、その損失の内、集熱器の周辺に空気が無いので、周囲の空気による伝達損失等の伝熱損失が非常に少なく、高温の熱源として使うときは、その損失の大半は集熱器の表面からの赤外線の放射(2次放射)によると言う点である。従って集熱器の表面に付ける選択吸収膜の性能が良いと、効率は大変良くなる。
【0009】
この放射損失は集熱器の表面の温度と表面の放射率が決まると入力の如何に拘わらず決まり、伝熱損失も一定値に決まる。つまり合計損失は決まることになる。従ってこの合計損失を越えて入力した太陽熱はほぼそのまま出力となる。
【0010】
この特長を最大限に生かして、効率の良い太陽熱収集装置とその窓面積と同等(ほぼ同じであれば良く、全く同一でなくても良い)又はそれより大きな面積を持つ平面鏡を複数枚用いて、それらの反射する太陽光を一つの太陽熱収集装置に集光して高温、高効率の太陽熱エネルギー収集装置を得るものである。
従来のヘリオスタットのような複雑な3次元の太陽追尾装置の代りに簡単な2次元の追尾装置と平面鏡と太陽熱収集装置との位置関係を工夫することによって、効率良く太陽光を集めるものである。
【0011】
【発明の実施の形態】
図1は本発明の第1の実施形態を示す図で、(a)は正面図、(b)は平面図である。
【0012】
第1の実施形態は太陽熱収集装置1と複数枚の平面鏡2とから構成され、(b)のように上から見て、複数枚の平面鏡2は太陽熱収集装置1の直下には設置されず、その両側に配置された図を示しているが、片側だけの配置であっても良い。
【0013】
平面鏡2は、片側で1枚ずつでも良いが、集光の効率を考えると図示したように片側で2枚の2対以上か、又は片側だけで3枚以上が望ましい。また、平面鏡2は太陽熱収集装置1の透明窓3の面積より大きな面積を有するように図示しているが、複数枚の平面鏡2の合計面積が透明窓3の面積より大きくなれば、個々の平面鏡2の面積は透明窓3の面積より大きくなくても良い。
【0014】
平面鏡2は支持具4によって支えられ、支持具4の4隅には支柱5が固定され、支柱5は太陽熱収集装置1の近傍に設けられた回転軸6に取り付けられる。
回転軸6は位置調整機7に連結され、後述するように平面鏡2の傾斜角度を変えるときに使用される。
【0015】
図2は本発明に適用される太陽熱収集装置の例を示す図で、(a)は断面図、(b)は平面図である。
【0016】
太陽熱収集装置1は真空に保持された筐体8の中に集熱器9を収容し、太陽光が入射される面に例えばガラスの透明窓3を取り付けたものである。
集熱器9には、その表面に可視光を中心とした波長帯のエネルギーのほとんどを吸収する波長選択性のある選択吸収膜10が形成され、熱媒体である例えば水の入力口11、出力口12が設けられている。
【0017】
太陽熱収集装置1は通常、太陽に向けて上向きに設置されるが、本発明では下向きに設置されるので、透明窓3を下側にして図示している。
【0018】
図3は第1の実施形態における平面鏡2を太陽熱収集装置1の両側に配置したときの平面鏡2の設置角度を示す図である。図が複雑になるのを避けるため、右側の平面鏡2にのみ太陽光13を表示している。
【0019】
太陽熱収集装置1の裏面に直角に入射する太陽光13が平面鏡2に反射して透明窓3に入射するような傾斜角度にすべての平面鏡2を設置する。平面鏡2は透明窓3より大きな面積を有するので、反射した太陽光3は厳密ではないが、すべて透明窓3に入射することになる。
【0020】
図4は第1の実施形態の制御回路を示すブロック図である。
図1に示したように、位置調整機7は平面鏡2を支える支持具4に取り付けられた支柱5を固定した回転軸6に連結されている。
【0021】
位置調整機7はモータ14によって駆動され、1日の時刻、あるいは1年の季節によって変化する太陽の高さに応じて1日周期又は1年周期で平面鏡2の位置を調整するもので、簡単なギア機構で構成され、モータ14の回転をギアの組み合せにより極端に低速にしている。
【0022】
モータ14は計算機(コンピュータ、CPU)15によりその時計機能等を利用して制御されるが、位置調整機7が1日周期又は1年周期とする動きなので、その運動速度は非常に遅いため、モータ14に必要な出力は大変小さい。
【0023】
電源16はモータ14及び計算機15に電流を供給するが、モータ14の出力が非常に小さいので、電源16としては出力が小さいもので良く、太陽電池が推奨される。
【0024】
太陽は1日を1周期として、昼と夜を繰り返し、昼間の時刻によってその位置を変える。また1年間に地球上で言う北回帰線から南回帰線までを往復して、南中時の高さを変化させる。
位置調整機7はこの太陽の高さに応じて1日を1周期とするか、あるいは1年を1周期とするか、何れか一方の周期に合わせて、平面鏡2の傾斜角度を一斉に変化させて太陽光を効率的に集光するために機能する。
1日か1年のどちらの周期に合わせるかは、設置する場所の地理的条件等によって決められる。
【0025】
位置調整機7が1日かあるいは1年か何れかの周期にしか対応しないようにするのは、3次元で太陽に追随するより、多少太陽光の集光効率が落ちても2次元で追随することにして、位置調整機7を簡単な構造にして価格の低下を図るためである。
また、2次元の追随装置にすることによる集光効率の低下を、透明窓3の受光面積より、価格の安い平面鏡2の面積を多くして補う。このようにして、装置全体のコストパフォーマンスを向上させる。
【0026】
図1(b)で平面鏡2の面積を図上で縦方向に伸ばして透明窓3の面積より大きくしてあるのは、位置調整機7の機能を補完するためである。
即ち、図1(b)で上から斜めに平面鏡2に入射した太陽光が有効に透明窓3に入射するようにして、2次元上でしか動かない位置調整機7の調整可能面と直行する面での太陽光の集光効率を上げるためである。
【0027】
上記の説明では、図1における太陽熱収集装置1は固定して、平面鏡2だけを動かす例を示したが、平面鏡2の角度調整と同時に太陽熱収集装置1も同じ角度だけ位置を変えても良い。
この場合は、太陽熱収集装置1を回転軸6に固定して、位置調整機7により平面鏡2と太陽熱収集装置1を同時に同じ角度だけ変化させる。
なお、太陽熱収集装置1も平面鏡2と同時に位置調整した方が効率が上がるが、出力温度によっては、平面鏡2だけを動かした方が良い場合もある。
【0028】
出力温度が高温になると、熱媒体の蒸気圧が上昇して太陽熱収集装置1の出力パイプの位置を動かすことが困難になることがあるからである。例えば出力温度が300℃で水を熱媒体にしている時は、蒸気圧は85気圧、360℃で186気圧になり、このような高圧のパイプを動かすことは技術的にみて大変困難になり、無理に実行すると、装置全体の価格が上がり、コストパフォーマンスが悪くなるからである。
【0029】
しかし、海水から蒸留によって水を得るような目的で、120℃位の出力で使う場合は、蒸気圧は僅か1.9気圧にしかならないので、この場合は太陽熱収集装置1を平面鏡2と共に動かす方が効率が良い。
【0030】
図5は本発明の第2の実施形態を示す図で、複数システムを連結した例(以下総合システムという)を上から見た図である。
【0031】
図1に示した太陽熱エネルギー収集装置のシステムを複数システム準備し、それらを直列に連結したものである。従って、太陽熱収集装置1及び平面鏡2は第1の実施形態とほとんど同じである。ただし、図5の場合には図1と違って、平面鏡2の縦方向の長さは透明窓3と同じで、平面鏡2の面積は透明窓3の面積と同等である。
その代りに斜めに入射する太陽光を拾い上げて効率を上げるために、図上で上下方向即ち、最外側のシステムの平面鏡2の外側に、平面鏡2と同じ構成の追加の平面鏡20を増設している。
従って、平面鏡2と追加の平面鏡20の合計面積は透明窓3の合計面積より大きくなる。
【0032】
追加の平面鏡20を含めてすべての平面鏡2、20は同一平面上に設置され、透明窓3も平面鏡2、20の存在する平面とは異なるが、すべて同一平面上に設置される。なお、図5では平面鏡2、20を太陽熱収集装置1の両側に配置しているが、片側だけの配置でも良いことは勿論である。
また、複数システムに共通に設けられた回転軸6、位置調整機7及び図4に示した制御回路も第1の実施形態と同様である。
【0033】
各太陽熱収集装置1の入力口11は共通に設けられた入力パイプ21に接続され、また出力口12は出力パイプ22に接続されている。入力パイプ21はポンプ23に接続され、入力パイプ21には熱媒体の水がポンプ23により送り込まれる。
出力パイプ22には熱交換器24が接続され、高温になった蒸気から熱交換器24により高温の熱エネルギーを取り出し、例えばタービンに供給して発電等に利用する。
【0034】
熱交換器24を通った蒸気はパイプ25を通り、図示してない装置により水に液化されて、また、ポンプ23により入力パイプ21に送り出され、これを循環的に繰り返す。
【0035】
太陽の高さに応じて1日又は1年周期としてすべての平面鏡2、20の傾斜角度を一斉に変えるには、図4に示した計算機15の制御によりモータ14の回転を位置調整機7で低速にして回転軸6を回転させて行うのは第1の実施形態と同じである。
【0036】
また、太陽熱収集装置1を回転軸6に固定すれば第1の実施形態と同様に、平面鏡2、20の位置調整と同時に太陽熱収集装置1も同時に同じ傾斜角度だけ変化させることができる。
【0037】
複数のシステムを連結しても、位置調整機7の運動速度は1日又は1年周期で遅いため、モータ14に必要な出力は非常に少なくて済むので、電源16も太陽電池で充分である。1年周期より1日周期の方が電力を多く必要とするが、太陽電池を増設して補えば良い。
【0038】
図6は追加の平面鏡の効果を説明する図である。(a)は図5に示した総合システムの側面図で、平面鏡2、20の傾斜角度を変える位置調整機7が1年周期の場合を示している。
(a)では、総合システムの長手方向、即ち、図5の総合システムの上下方向をほぼ東西の向きにし、全体として水平に設置される。連結するシステムの数は例示であるので、透明窓や平面鏡の数は図5と異なっているが、説明に必要なものを示している。
【0039】
追加の平面鏡201、202は、斜めに入射する朝日の場合の太陽光131、132を透明窓301、302に入射させるために増設したものである。追加の平面鏡20n−1、20nは、斜めに入射する夕日の場合の太陽光133、134を透明窓30n−1、30nに入射させるために増設したものである。
【0040】
図5に示した位置調整機7は透明窓3と平面鏡2、20の群を、1年間の太陽光の高さの変化角度である約50度の角度で1年周期で動かす。春分の日と秋分の日に透明窓3が地表となす角度は日本では約50度である。
位置調整機7で、季節により変化する太陽の高さに応じて、年間を通じて太陽光が透明窓3と直角に入るようになされるが、位置調整機7の能力は2次元に限られているから、正午を除いて他の時刻には、太陽光は多少とも斜めに平面鏡2、20に入る。朝夕には特に斜めになる。
【0041】
朝日の太陽光131、132は追加の平面鏡301、302で反射されて、透明窓301、302に入る。もし平面鏡301、302がなければ、これらの太陽光131、132は無駄に捨てられる。このように増設した平面鏡301、302は太陽光の集光効率の向上に役立つのである。
【0042】
もし、午前9時から午後3時までの太陽光を取り入れることにするなら、増設すべき追加の平面鏡は図の左右でせいぜい4〜5枚である。総合システムとしての価格は、図の左右で5枚ずつ、全体で20枚の平面鏡を増設してもシステムの価格はそれほど上がらない。何故なら、平面鏡は本来安いものであるし、位置調整機7はほとんどそのまま使えるからである。
【0043】
図6(b)は図5に示した総合システムの側面図で、平面鏡2、20の傾斜角度を変える位置調整機7が1日周期で、北半球に総合システムを設置した場合を示している。
(b)では、総合システムの長手方向、即ち、図5の総合システムの上下方向をほぼ南北の向きにし、全体として水平に設置される。連結するシステムの数は例示であるので、透明窓や平面鏡の数は図5と異なっているが、説明に必要なものだけ示している。
【0044】
太陽光135、136、137は冬の斜めに入る太陽光を示し、これらは北半球なので南側だけに増設した追加の平面鏡200、201、202で反射され、透明窓301、302、303に入る。
夏の太陽光138は高い位置から平面鏡202に入って反射され、透明窓301に入る。この場合は、平面鏡200と201は無用になっている。
【0045】
1日周期の場合は、朝夕の太陽光に追随して透明窓3を太陽光に直角にすることはできるが、日本で使用する場合は、太陽光が地表に対して季節に応じて30〜75度に変化して斜めに入射するので、この変化に応じてこれと直角に透明窓3を持っていくことはできない。位置調整機7が太陽光の日変化か年変化のどちらか一方にしか対応できないからである。
【0046】
今、太陽光が30度で入射したとして、これを取り入れるには、南の方向に10枚前後の平面鏡を増設すれば良いが、太陽光の位置の日変化に対応するようにした場合、日本では太陽光が30〜75度、1年を平均して約50度程度に斜めに入射するということになり、これは相当効率を下げることになる。
この欠点を除くには、総合システム全体を北半球の場合は南に向けて建てると良いが、数10〜数100mの総合システムを建てるということは、価格の上昇に繋がり、山の南斜面のような自然の地形等を利用できる場合以外は得策ではない。
【0047】
図1のシステムを南に向けて建てるという方式も良い方式であるが、図1のシステムを多数集めて総合システムを作る場合は、多数の平面鏡2が同一回転軸上にないために、位置調整機7を多数必要とするか、あるいは一つの位置調整機7で全部の平面鏡2を動かすための連動装置が必要である。
総合システムとしての設置方法にはいくつかの方法があるが、全体の費用対効果について検討して、どの方法にするかを決めなければならない。
【0048】
次に理論的に検討してみると、図2に示した透明窓3を通して集熱器9に到達した太陽熱の入力エネルギー量をh、その時の出力エネルギー量をw、その時の集熱器9の表面温度をTとする。
hは天候や季節で変動するが、砂漠等では比較的安定している。今、hが数十分に亙って一定量を保っていたとする。
【0049】
集熱器9からの損失は伝熱損失と放射損失の二つである。
今、伝熱損失をLc、放射損失をLrとすると、次の式が成立する。
h=Lc+Lr+w ・・・(1)
二つの損失LcとLrの値は共に集熱器9の温度Tによって決まる。
【0050】
出力温度は集熱器9の温度Tとほぼ同じであるから、出力温度が決まると、その太陽熱収集装置1の損失が決まる。従って、出力温度を例えば300℃というように固定すると、損失もその太陽熱収集装置1によって決まるから、効率は集熱器9に入る入力によって決まる。
【0051】
図2に示した太陽熱収集装置1の効率は、その真空度と、使用する選択吸収膜10の性能によって左右されるが、本発明で使用する太陽熱収集装置1では、筐体8の内部は0.1パスカル以下程度の真空度に保たれており、伝熱損失は極端に少なくなっている。例えば集熱器9と透明窓3との温度差が1℃当たりの損失は0.2〜0.3W程度であり、その損失の大半は放射損失と透明窓3の反射吸収等の光学的損失である。
【0052】
このうち光学的損失は入射する太陽光の量に比例するが、筐体8内の真空度と集熱器9表面の選択吸収膜10の放射率が決まると、伝熱損失と放射損失は集熱器9の到達している温度のみによって定まる。
【0053】
今、入力WをaW、平面鏡2の反射損失と透明窓3の透過損失と集熱器9の反射損失等の合計損失率をb、集熱器9の伝熱損失と放射損失の合計損失をcW、平面鏡2の枚数をnとすると、効率ηは次式で示される。
η=(a×b×n−c)/(a×n) ・・・ (2)
集熱器9の温度を決めるとcは決まり、ηはnの増加に伴いbに収斂する。
【0054】
一般的にはaとbの値はほぼ同じ位のものであるから、比較的nの小さい値でηは0.5より大きくなる。
例えば、集熱器9の表面温度を300℃、真空度を0.1パスカル、選択吸収膜10の放射率を7%、集熱器9の表面積を1mとして損失を概算すると、伝熱損失は70W前後、放射損失は400W前後となる。合計損失は約470Wである。
【0055】
真昼の南中時に850W/mの太陽エネルギーが透明窓3を通して1mの集熱器に入ったとし、透明窓3の吸収反射等による損失率bを0.25とすると、640Wの太陽熱が集熱器9に入力する。このときの太陽熱収集装置1の出力は、640W−470W=170Wで、効率は20%である。
【0056】
入力が470Wを割ると、出力はゼロとなる。少し気象条件が悪いと入力が470W/mを割るので、平面鏡2で太陽光を集光しないときは、上記の平均的な太陽熱収集装置1では、300℃の出力を期待するのは無理である。
【0057】
しかし、今、1システムとして、1枚が1mで反射率が90%の平面鏡2をn枚用いて、1mの集熱器9に太陽光を集光したとすると、850W/mの太陽光のとき、平面鏡1枚につき、630Wのエネルギーが集熱器9に入る。
従って、平面鏡2を太陽熱収集装置1の両側に各1枚の1対で2枚使用すると、300℃の出力温度で出力は630W×2−470W=790W となり、効率は46%になる。図1のように2対で4枚使用すると、出力は2050W、効率は60%となる。
【0058】
また、出力温度が300℃のときには、平面鏡2が1枚では、入力が470W/mより減少すると出力は全く得られなかったが、平面鏡2が4枚(n=4)のときは、300W/mのときでも220Wの出力を得ることができ、効率は22%を期待できる。
出力温度が200℃のときには、300℃のときより更に高い効率が期待できる。
【0059】
本発明の太陽熱エネルギー収集装置を実際に設置するときは、太陽熱収集装置1、回転軸6、位置調整機7等を地上から数mの高さに設備し、太陽熱収集装置1の透明窓3を下向きにセットし、この太陽熱収集装置1に対向するように複数枚の平面鏡2を地上に所定の傾斜角度で設置することになる。
【0060】
上記したように、本発明の太陽熱エネルギー収集装置は平面鏡2の反射を利用しているから、晴天の日における平行光線としての太陽光に対しては、集光効果が高く大変有効である。しかし、曇天の場合はあまり有効でないが、従来のタワー式太陽光発電のように平面鏡が集熱器から数100m離れている場合に比べると、平面鏡2が太陽熱収集装置1から数mしか離れていないので、従来の方式よりは効率が高い。
【0061】
上記のような理由から、本発明の太陽熱エネルギー収集装置は高温を必要とする工業分野、例えば晴天の多い砂漠における太陽熱発電とか、海水から蒸留によって造水するような用途に用いて大変有効である。
【0062】
【発明の効果】
上記したように、本発明によれば、従来のタワー発電のように1000枚前後の多数の平面鏡と100m以上もある高い集熱タワーを建てる必要はなく、数枚の平面鏡と数mの高さに設置した太陽熱収集装置で、タワー発電に匹敵する高効率で高温高圧の熱出力を得ることができる。
【0063】
また、簡単な機構の位置調整機で太陽を追尾するだけで、複雑な太陽追尾装置を用いたものと同等の高温高効率の太陽熱エネルギーを得ることができる。
また、太陽熱エネルギー収集装置のシステムを複数連結することにより、10kW〜数100MWの広い出力範囲に亙って高温高効率を達成することができる。
【0064】
更に、太陽熱収集装置の透明窓が下向きにセットされるので、汚れにくく、また、物が落下しても透明窓が破損することはない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態を示す図である。
【図2】本発明に適用する太陽熱収集装置を示す図である。
【図3】第1の実施形態における平面鏡の設置角度を示す図である。
【図4】第1の実施形態の制御回路を示すブロック図である。
【図5】本発明の第2の実施形態を示す図である。
【図6】追加の平面鏡の効果を説明する図である。
【符号の説明】
1 太陽熱収集装置
2 平面鏡
3 透明窓
4 支持具
5 支柱
6 回転軸
7 位置調整機
8 筐体
9 集熱器
10 選択吸収膜
11 入力口
12 出力口
13 太陽光
14 モータ
15 計算機
16 電源
20 追加の平面鏡
21 入力パイプ
22 出力パイプ
23 ポンプ
24 熱交換器
25 パイプ
131〜138 太陽光
200〜20n 追加の平面鏡
301〜30n 透明窓
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a solar thermal energy collecting device that collects sunlight with a mirror or the like and obtains heat, and more particularly to a device that obtains high-temperature and high-pressure heat output.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in a device that obtains a high temperature of 200 ° C. or higher by solar heat, a heliostat that places a heat collector on a high tower and tracks sunlight with a high accuracy of about 0.1 to 1 degree on this heat collector. A tower system that collects light using about 1000 plane mirrors and obtains a high temperature, a system that collects heat by placing a heat collecting tube at the focal position of a cylindrical parabolic mirror, and a concentric array of concave mirrors. There is a method of placing a heat collector (dish-staring solar power generation method).
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
All of the conventional methods have drawbacks such as tracking the sunlight by moving the mirror with high accuracy, making the entire system large, and requiring a special mirror.
The present invention uses a simple plane mirror to obtain a high-temperature heat source of several hundred degrees Celsius from sunlight without using a large-scale solar tracking method, and even if the minimum unit of output of one system is several kW It is an object of the present invention to make it possible to satisfy sufficiently high temperature and high efficiency specifications and to achieve the same high temperature and high efficiency over a wide output range of 10 kW to several 100 MW by connecting a plurality of systems.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
Increasing the efficiency of the solar energy collector is to increase the input / loss ratio. For that purpose, like the tower method, the sunlight is collected by a mirror, and the input to the unit area of the heat collector is increased, and the vacuum flat plate solar heat collector (hereinafter referred to as the solar heat collector) There was a method to reduce the loss per unit area of the collector.
[0005]
When concentrating with about 1000 mirrors as in the tower method, the heat transfer loss from the heat collector to the surrounding air and the radiation loss due to radiation from the surface of the heat collector are the input density to the heat collector. Although it was very large, it was not a problem. However, when trying to increase the efficiency with a small number of mirrors, the above two losses from the collector itself become a serious problem.
[0006]
On the other hand, solar heat collectors were developed based on the principle of improving efficiency without condensing light with a mirror, etc., so that heat conduction escaping through the pillars supporting the heat collector and surrounding gases are transmitted. The heat loss due to heat transfer (hereinafter referred to as heat transfer loss) and the radiation loss from the heat collector are drastically reduced.
Heat transfer loss is extremely reduced by vacuum insulation, and most of the loss is radiation loss, but the radiation loss is reduced by the selective absorption film.
[0007]
By skillfully utilizing the advantages of both, a high-efficiency solar thermal energy collector with high temperature output is obtained. That is, a small number of plane mirrors are used to collect sunlight, and the energy is efficiently output by a low-loss solar heat collector.
[0008]
The feature of the solar heat collector is that there is no air around the heat collector, so there is very little heat transfer loss such as transfer loss due to the surrounding air. The majority is due to infrared radiation (secondary radiation) from the surface of the collector. Therefore, if the performance of the selective absorption film attached to the surface of the heat collector is good, the efficiency is greatly improved.
[0009]
This radiation loss is determined regardless of the input when the temperature of the collector surface and the emissivity of the surface are determined, and the heat transfer loss is also determined to be a constant value. In other words, the total loss is determined. Therefore, the solar heat input exceeding this total loss becomes the output as it is.
[0010]
Taking advantage of this feature to the maximum, use multiple plane mirrors with an area equivalent to or larger than an efficient solar collector and its window area (same as long as it is not necessary to be exactly the same). Then, the reflected sunlight is condensed on one solar heat collecting device to obtain a high temperature, high efficiency solar heat collecting device.
Instead of a complicated three-dimensional solar tracking device such as a conventional heliostat, a simple two-dimensional tracking device, a plane mirror, and a solar heat collecting device are devised to efficiently collect sunlight. .
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
1A and 1B are views showing a first embodiment of the present invention, in which FIG. 1A is a front view and FIG. 1B is a plan view.
[0012]
The first embodiment is composed of a solar heat collecting device 1 and a plurality of plane mirrors 2, as viewed from above as shown in (b), the plurality of flat mirrors 2 are not installed directly below the solar heat collecting device 1, Although the figure arranged on both sides is shown, it may be arranged on only one side.
[0013]
The plane mirror 2 may be one on each side, but considering the light collection efficiency, it is desirable that two or more pairs of two on one side, or three or more on only one side, as illustrated. Further, the plane mirror 2 is illustrated as having an area larger than the area of the transparent window 3 of the solar heat collecting apparatus 1. However, if the total area of the plurality of plane mirrors 2 is larger than the area of the transparent window 3, each plane mirror 2 The area of 2 may not be larger than the area of the transparent window 3.
[0014]
The plane mirror 2 is supported by a support 4, and pillars 5 are fixed to the four corners of the support 4, and the pillars 5 are attached to a rotating shaft 6 provided in the vicinity of the solar heat collecting apparatus 1.
The rotary shaft 6 is connected to a position adjuster 7 and is used when changing the inclination angle of the plane mirror 2 as will be described later.
[0015]
2A and 2B are diagrams showing an example of a solar heat collecting apparatus applied to the present invention, where FIG. 2A is a sectional view and FIG. 2B is a plan view.
[0016]
The solar heat collecting apparatus 1 accommodates the heat collector 9 in the housing | casing 8 hold | maintained in the vacuum, and attaches the transparent window 3 of glass, for example to the surface into which sunlight injects.
The collector 9 is formed with a selective absorption film 10 having wavelength selectivity that absorbs most of the energy in the wavelength band centered on visible light on the surface thereof, for example, a water input port 11 that is a heat medium, and an output. A mouth 12 is provided.
[0017]
Although the solar heat collecting apparatus 1 is usually installed upward toward the sun, it is installed downward in the present invention, so that the transparent window 3 is shown on the lower side.
[0018]
FIG. 3 is a diagram illustrating an installation angle of the plane mirror 2 when the plane mirror 2 in the first embodiment is disposed on both sides of the solar heat collecting apparatus 1. In order to avoid complication of the figure, the sunlight 13 is displayed only on the right side mirror 2.
[0019]
All the plane mirrors 2 are installed at an inclination angle such that the sunlight 13 incident at a right angle on the back surface of the solar heat collecting apparatus 1 is reflected by the plane mirror 2 and enters the transparent window 3. Since the plane mirror 2 has an area larger than that of the transparent window 3, the reflected sunlight 3 is not strict but all enters the transparent window 3.
[0020]
FIG. 4 is a block diagram showing the control circuit of the first embodiment.
As shown in FIG. 1, the position adjuster 7 is connected to a rotary shaft 6 that fixes a column 5 attached to a support 4 that supports the plane mirror 2.
[0021]
The position adjuster 7 is driven by a motor 14 and adjusts the position of the plane mirror 2 in a one-day cycle or one-year cycle according to the time of the day or the height of the sun that changes according to the season of the year. It is configured with a simple gear mechanism, and the rotation of the motor 14 is extremely slowed by a combination of gears.
[0022]
The motor 14 is controlled by a computer (computer, CPU) 15 using its clock function or the like. However, since the position adjuster 7 moves with a cycle of one day or one year, its movement speed is very slow. The output required for the motor 14 is very small.
[0023]
The power supply 16 supplies a current to the motor 14 and the computer 15, but since the output of the motor 14 is very small, the power supply 16 may have a small output, and a solar cell is recommended.
[0024]
The sun repeats day and night with one day as one cycle and changes its position depending on the time of day. In addition, it makes a round trip from the north return line to the south return line on the earth in one year, and changes the height at the time of south and middle.
The position adjuster 7 changes the tilt angle of the plane mirror 2 at the same time according to either one of one period or one year according to the height of the sun. And function to collect sunlight efficiently.
Whether to adjust to a cycle of one day or one year is determined by the geographical conditions of the place of installation.
[0025]
If the position adjuster 7 is only adapted to the period of one day or one year, it will follow the sun in three dimensions rather than follow the sun in three dimensions. This is because the position adjusting machine 7 has a simple structure to reduce the price.
Further, the reduction in the light collection efficiency due to the two-dimensional tracking device is compensated by increasing the area of the plane mirror 2 which is cheaper than the light receiving area of the transparent window 3. In this way, the cost performance of the entire apparatus is improved.
[0026]
The reason why the area of the plane mirror 2 is extended in the vertical direction in the drawing to be larger than the area of the transparent window 3 in FIG. 1B is to supplement the function of the position adjuster 7.
That is, in FIG. 1B, the sunlight incident on the plane mirror 2 obliquely from above is effectively incident on the transparent window 3, and goes straight to the adjustable surface of the position adjuster 7 that moves only two-dimensionally. This is to increase the sunlight collection efficiency on the surface.
[0027]
In the above description, the solar heat collecting apparatus 1 in FIG. 1 is fixed and only the plane mirror 2 is moved. However, the solar heat collecting apparatus 1 may change the position by the same angle simultaneously with the angle adjustment of the flat mirror 2.
In this case, the solar heat collecting device 1 is fixed to the rotating shaft 6, and the plane mirror 2 and the solar heat collecting device 1 are simultaneously changed by the same angle by the position adjuster 7.
In addition, although it is more efficient to adjust the position of the solar heat collecting device 1 simultaneously with the plane mirror 2, depending on the output temperature, it may be better to move only the plane mirror 2.
[0028]
This is because when the output temperature becomes high, the vapor pressure of the heat medium increases, and it may be difficult to move the position of the output pipe of the solar heat collecting apparatus 1. For example, when the output temperature is 300 ° C. and water is used as the heat medium, the vapor pressure is 85 atm, 360 ° C. and 186 atm. It is technically difficult to move such a high-pressure pipe, This is because, if executed forcibly, the price of the entire apparatus increases and the cost performance deteriorates.
[0029]
However, in order to obtain water from seawater by distillation, when used at an output of about 120 ° C., the vapor pressure is only 1.9 atm. In this case, the solar collector 1 is moved together with the plane mirror 2. Is efficient.
[0030]
FIG. 5 is a diagram showing a second embodiment of the present invention, and is a view of an example in which a plurality of systems are connected (hereinafter referred to as an integrated system) as viewed from above.
[0031]
A plurality of systems for the solar thermal energy collection device shown in FIG. 1 are prepared and connected in series. Therefore, the solar heat collecting apparatus 1 and the plane mirror 2 are almost the same as those in the first embodiment. However, in the case of FIG. 5, unlike FIG. 1, the length of the plane mirror 2 in the vertical direction is the same as that of the transparent window 3, and the area of the plane mirror 2 is equal to the area of the transparent window 3.
Instead, an additional plane mirror 20 having the same configuration as that of the plane mirror 2 is added in the vertical direction in the figure, that is, outside the plane mirror 2 of the outermost system, in order to pick up obliquely incident sunlight and increase the efficiency. Yes.
Therefore, the total area of the plane mirror 2 and the additional plane mirror 20 is larger than the total area of the transparent window 3.
[0032]
All the plane mirrors 2 and 20 including the additional plane mirror 20 are installed on the same plane, and the transparent window 3 is also installed on the same plane, although it is different from the plane where the plane mirrors 2 and 20 exist. In FIG. 5, the plane mirrors 2 and 20 are arranged on both sides of the solar heat collecting apparatus 1, but it is needless to say that the arrangement may be made on only one side.
Further, the rotary shaft 6, the position adjuster 7 and the control circuit shown in FIG. 4 provided in common in a plurality of systems are the same as those in the first embodiment.
[0033]
The input port 11 of each solar heat collecting apparatus 1 is connected to a common input pipe 21, and the output port 12 is connected to an output pipe 22. The input pipe 21 is connected to a pump 23, and heat medium water is fed into the input pipe 21 by the pump 23.
A heat exchanger 24 is connected to the output pipe 22, and high-temperature heat energy is extracted from the steam that has become high temperature by the heat exchanger 24, and is supplied to, for example, a turbine and used for power generation or the like.
[0034]
The steam passing through the heat exchanger 24 passes through the pipe 25, is liquefied into water by a device (not shown), and is sent out to the input pipe 21 by the pump 23, and this is repeated cyclically.
[0035]
In order to change the inclination angles of all the plane mirrors 2 and 20 at a time according to the height of the sun in one day or one year, the rotation of the motor 14 is controlled by the position adjuster 7 under the control of the computer 15 shown in FIG. It is the same as in the first embodiment that the rotation shaft 6 is rotated at a low speed.
[0036]
Further, if the solar heat collecting device 1 is fixed to the rotating shaft 6, the solar heat collecting device 1 can be simultaneously changed by the same inclination angle simultaneously with the position adjustment of the plane mirrors 2 and 20, as in the first embodiment.
[0037]
Even if a plurality of systems are connected, the movement speed of the position adjuster 7 is slow in a cycle of one day or one year, so that the output required for the motor 14 is very small. . The daily cycle requires more power than the one-year cycle, but it may be supplemented by adding more solar cells.
[0038]
FIG. 6 is a diagram for explaining the effect of the additional plane mirror. (A) is a side view of the integrated system shown in FIG. 5 and shows a case where the position adjuster 7 for changing the inclination angle of the plane mirrors 2 and 20 has a cycle of one year.
In (a), the longitudinal direction of the integrated system, that is, the vertical direction of the integrated system of FIG. Since the number of systems to be connected is an example, the number of transparent windows and plane mirrors is different from that in FIG.
[0039]
The additional plane mirrors 201 and 202 are added to allow sunlight 131 and 132 in the case of the morning sun incident obliquely to enter the transparent windows 301 and 302. The additional plane mirrors 20n-1 and 20n are added to allow sunlight 133 and 134 in the case of sunset incident obliquely to enter the transparent windows 30n-1 and 30n.
[0040]
The position adjuster 7 shown in FIG. 5 moves the group of the transparent window 3 and the plane mirrors 2 and 20 at a cycle of one year at an angle of about 50 degrees, which is a change angle of the height of sunlight for one year. In Japan, the angle between the transparent window 3 and the ground surface is about 50 degrees in Equinox and Equinox.
The position adjuster 7 allows the sunlight to enter at right angles to the transparent window 3 throughout the year according to the height of the sun that changes according to the season, but the ability of the position adjuster 7 is limited to two dimensions. From other times except for noon, sunlight enters the plane mirrors 2 and 20 at a slight angle. It becomes particularly slanted in the morning and evening.
[0041]
Asahi sunlight 131, 132 is reflected by additional plane mirrors 301, 302 and enters transparent windows 301, 302. If the plane mirrors 301 and 302 are not provided, the sunlight 131 and 132 is wasted. The plane mirrors 301 and 302 added in this way are useful for improving the sunlight collection efficiency.
[0042]
If sunlight is taken in from 9 am to 3 pm, the number of additional plane mirrors to be added is at most 4 to 5 on the left and right of the figure. The total system price does not increase so much even if 20 plane mirrors are added in total, 5 on each side of the figure. This is because the plane mirror is inherently cheap and the position adjuster 7 can be used almost as it is.
[0043]
FIG. 6B is a side view of the integrated system shown in FIG. 5 and shows a case where the position adjusting machine 7 that changes the inclination angle of the plane mirrors 2 and 20 is installed in the northern hemisphere with a daily cycle.
In (b), the longitudinal direction of the integrated system, that is, the vertical direction of the integrated system of FIG. Since the number of systems to be connected is an example, the number of transparent windows and plane mirrors is different from that in FIG. 5, but only those necessary for the explanation are shown.
[0044]
Sunlight 135, 136, and 137 indicate oblique sunlight entering winter. Since these are northern hemispheres, they are reflected by additional plane mirrors 200, 201, 202 added only on the south side and enter transparent windows 301, 302, 303.
Summer sunlight 138 enters the plane mirror 202 from a high position, is reflected, and enters the transparent window 301. In this case, the plane mirrors 200 and 201 are useless.
[0045]
In the case of a one-day cycle, the transparent window 3 can be made perpendicular to the sunlight following the morning and evening sunlight, but when used in Japan, the sunlight is 30 to 30 times depending on the season. Since the incident angle is changed to 75 degrees, the transparent window 3 cannot be brought at a right angle with the change. This is because the position adjuster 7 can handle only one of the daily change and the yearly change of sunlight.
[0046]
Assuming that sunlight is incident at 30 degrees, it is sufficient to add about 10 plane mirrors in the south direction. However, if Japan is designed to cope with daily changes in the position of sunlight, In this case, sunlight is incident at an angle of about 50 degrees on an average of 30 to 75 degrees for one year, which lowers the efficiency considerably.
To eliminate this drawback, it is better to build the entire system toward the south in the case of the Northern Hemisphere, but building an integrated system of several tens to several hundreds of meters leads to an increase in price, like the southern slope of a mountain. It is not a good idea unless you can use natural terrain.
[0047]
Although the system of building the system of FIG. 1 toward the south is also a good system, when a large number of the systems of FIG. 1 are gathered to make a comprehensive system, the position adjustment is performed because many plane mirrors 2 are not on the same rotation axis. Either a large number of machines 7 are required, or an interlocking device for moving all the plane mirrors 2 with one position adjusting machine 7 is necessary.
There are several methods of installation as an integrated system, but the overall cost-effectiveness must be examined to decide which method to use.
[0048]
Next, theoretically examining, the input energy amount of solar heat reaching the heat collector 9 through the transparent window 3 shown in FIG. 2 is h, the output energy amount at that time is w, and the current collector 9 at that time Let T be the surface temperature.
h varies depending on the weather and season, but is relatively stable in deserts. Now, suppose h has kept a constant amount over several tens of minutes.
[0049]
There are two losses from the heat collector 9: heat transfer loss and radiation loss.
If the heat transfer loss is Lc and the radiation loss is Lr, the following equation is established.
h = Lc + Lr + w (1)
The values of the two losses Lc and Lr are both determined by the temperature T of the heat collector 9.
[0050]
Since the output temperature is substantially the same as the temperature T of the heat collector 9, when the output temperature is determined, the loss of the solar heat collecting device 1 is determined. Therefore, if the output temperature is fixed at, for example, 300 ° C., the loss is also determined by the solar heat collecting device 1, and the efficiency is determined by the input to the heat collector 9.
[0051]
The efficiency of the solar heat collecting apparatus 1 shown in FIG. 2 depends on the degree of vacuum and the performance of the selective absorption film 10 to be used. In the solar heat collecting apparatus 1 used in the present invention, the inside of the housing 8 is 0. The degree of vacuum is maintained at about 1 Pascal or less, and heat transfer loss is extremely reduced. For example, the temperature difference between the heat collector 9 and the transparent window 3 is about 0.2 to 0.3 W per 1 ° C. Most of the loss is an optical loss such as radiation loss and reflection absorption of the transparent window 3. It is.
[0052]
Of these, the optical loss is proportional to the amount of incident sunlight, but if the degree of vacuum in the housing 8 and the emissivity of the selective absorption film 10 on the surface of the heat collector 9 are determined, the heat transfer loss and the radiation loss are collected. It is determined only by the temperature reached by the heater 9.
[0053]
Now, the input W is aW, the total loss rate of the reflection loss of the plane mirror 2, the transmission loss of the transparent window 3, the reflection loss of the heat collector 9, etc. is b, and the total loss of the heat transfer loss and the radiation loss of the heat collector 9 is When cW and the number of plane mirrors 2 are n, the efficiency η is expressed by the following equation.
η = (a × b × nc) / (a × n) (2)
When the temperature of the heat collector 9 is determined, c is determined, and η converges on b as n increases.
[0054]
In general, since the values of a and b are substantially the same, η is larger than 0.5 at a relatively small value of n.
For example, when the surface temperature of the heat collector 9 is 300 ° C., the degree of vacuum is 0.1 Pascal, the emissivity of the selective absorption film 10 is 7%, and the surface area of the heat collector 9 is 1 m 2 , the heat loss is estimated. Is around 70 W, and the radiation loss is around 400 W. The total loss is about 470W.
[0055]
Assuming that 850 W / m 2 of solar energy enters the collector of 1 m 2 through the transparent window 3 at the midday of midday, assuming that the loss rate b due to absorption reflection of the transparent window 3 is 0.25, the solar heat of 640 W is Input to the heat collector 9. The output of the solar heat collecting apparatus 1 at this time is 640W-470W = 170W, and efficiency is 20%.
[0056]
If the input divides 470W, the output will be zero. If the weather conditions are slightly bad, the input will divide 470 W / m 2 , so if you do not collect sunlight with the plane mirror 2, it is impossible to expect an output of 300 ° C. with the above average solar heat collector 1. is there.
[0057]
However, now, assuming that one system uses n plane mirrors 2 each having 1 m 2 and a reflectance of 90%, and condensing sunlight on a 1 m 2 heat collector 9, 850 W / m 2 In the case of sunlight, 630 W of energy enters the heat collector 9 for each plane mirror.
Therefore, if two plane mirrors 2 are used in pairs, one on each side of the solar heat collecting device 1, the output is 630 W × 2-470 W = 790 W at an output temperature of 300 ° C., and the efficiency is 46%. When four pairs are used as shown in FIG. 1, the output is 2050 W and the efficiency is 60%.
[0058]
Also, when the output temperature is 300 ° C., no output is obtained when the input is reduced from 470 W / m 2 with one plane mirror 2, but 300 W when there are four plane mirrors 2 (n = 4). Even at / m 2 , an output of 220 W can be obtained, and an efficiency of 22% can be expected.
When the output temperature is 200 ° C., higher efficiency can be expected than when the output temperature is 300 ° C.
[0059]
When actually installing the solar thermal energy collecting apparatus of the present invention, the solar thermal collecting apparatus 1, the rotating shaft 6, the position adjusting machine 7 and the like are installed at a height of several meters from the ground, and the transparent window 3 of the solar thermal collecting apparatus 1 is installed. A plurality of plane mirrors 2 are set on the ground at a predetermined inclination angle so as to face downward and face the solar heat collecting device 1.
[0060]
As described above, since the solar thermal energy collecting apparatus of the present invention uses the reflection of the plane mirror 2, it has a high light collecting effect and is very effective for sunlight as parallel rays on a sunny day. However, although it is not very effective in the case of cloudy weather, the plane mirror 2 is only a few meters away from the solar heat collector 1 compared to the case where the plane mirror is several hundred meters away from the heat collector as in the conventional tower type solar power generation. Because there is no, it is more efficient than the conventional method.
[0061]
For the reasons described above, the solar thermal energy collecting apparatus of the present invention is very effective for industrial fields that require high temperatures, such as solar thermal power generation in deserts where there is a lot of fine weather, or for applications such as making fresh water from seawater. .
[0062]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is not necessary to build a large number of plane mirrors of about 1000 sheets and a high heat collecting tower of 100 m or more as in the conventional tower power generation, but several plane mirrors and a height of several meters. The solar heat collecting device installed in can obtain high-efficiency, high-temperature and high-pressure heat output comparable to tower power generation.
[0063]
In addition, it is possible to obtain high-temperature and high-efficiency solar thermal energy equivalent to that using a complex solar tracking device simply by tracking the sun with a simple position adjustment machine.
Further, by connecting a plurality of solar thermal energy collection system, high temperature and high efficiency can be achieved over a wide output range of 10 kW to several hundred MW.
[0064]
Furthermore, since the transparent window of the solar heat collecting device is set downward, it is not easily soiled and the transparent window is not damaged even if an object falls.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a solar heat collecting apparatus applied to the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing an installation angle of the plane mirror in the first embodiment.
FIG. 4 is a block diagram illustrating a control circuit according to the first embodiment.
FIG. 5 is a diagram showing a second embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a diagram illustrating the effect of an additional plane mirror.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Solar heat collecting device 2 Plane mirror 3 Transparent window 4 Support tool 5 Support column 6 Rotating shaft 7 Position adjuster 8 Case 9 Heat collector 10 Selective absorption film 11 Input port 12 Output port 13 Sunlight 14 Motor 15 Calculator 16 Power source 20 Additional Plane mirror 21 Input pipe 22 Output pipe 23 Pump 24 Heat exchanger 25 Pipes 131 to 138 Sunlight 200 to 20n Additional plane mirrors 301 to 30n Transparent window

Claims (10)

真空度を保持する筐体と、前記筐体に設けられた太陽光が入射する透明窓と、前記太陽光から熱を得る集熱器とを有する真空平板式太陽熱収集装置と、
前記透明窓に対応して、合計面積が前期透明窓の面積より大きくなる複数枚の平面鏡とを備え、
前記平面鏡は上から見て前記真空平板式太陽熱収集装置の両側又は片側に配置され、下向きにセットされた前記透明窓に太陽光が前記平面鏡に反射して入射するような角度に前記平面鏡を設置したことを特徴とする太陽熱エネルギー収集装置。
A vacuum flat plate solar heat collecting apparatus having a housing for holding a degree of vacuum, a transparent window on which sunlight enters the housing, and a heat collector for obtaining heat from the sunlight,
In correspondence with the transparent window, comprising a plurality of plane mirrors with a total area larger than the area of the transparent window in the previous period,
The plane mirror is arranged on both sides or one side of the vacuum flat plate solar heat collecting device when viewed from above, and the plane mirror is installed at an angle so that sunlight is reflected and incident on the plane mirror set downward. A solar thermal energy collector characterized by that.
前記平面鏡が前記透明窓の面積より大きな面積を有することを特徴とする請求項1記載の太陽熱エネルギー収集装置。The solar thermal energy collecting apparatus according to claim 1, wherein the plane mirror has an area larger than an area of the transparent window. 前記平面鏡を支える支持具と、前記支持具に取り付けられた支柱と、前記支柱の一端が固定された回転軸と、前記回転軸を回転させて前記平面鏡の傾斜角度を変化させる位置調整機と、前記位置調整機を駆動するモータと、前記モータの電源と、前記モータを制御する計算機とを備えたことを特徴とする請求項1又は請求項2記載の太陽熱エネルギー収集装置。A support that supports the plane mirror, a support attached to the support, a rotation shaft to which one end of the support is fixed, a position adjuster that rotates the rotation shaft and changes an inclination angle of the plane mirror, The solar thermal energy collecting apparatus according to claim 1, further comprising: a motor that drives the position adjuster; a power source of the motor; and a computer that controls the motor. 真空度を保持する筐体と、前記筐体に設けられた太陽光が入射する透明窓と、前記太陽光から熱を得る集熱器とを有する真空平板式太陽熱収集装置と、
前記透明窓の面積と同等な面積を持つ少なくとも2枚の平面鏡とを備え、
前記平面鏡は上から見て前記真空平板式太陽熱収集装置の両側又は片側に配置され、下向きにセットされた前記透明窓に太陽光が前記平面鏡に反射して入射するような角度に前記平面鏡を設置した太陽熱エネルギー収集装置を複数システム備え、
前記複数システムに共通に、入力パイプと、出力パイプと、回転軸と、前記回転軸を回転させて前記平面鏡の傾斜角度を変化させる位置調整機と、前記位置調整機を駆動するモータと、前記モータの電源と、前記モータを制御する計算機とを備え、
各太陽エネルギー収集装置の入力口を前記入力パイプに接続し、出力口を前記出力パイプに接続し、前記平面鏡を支える支持具に取り付けられた支柱の一端を前記回転軸に固定し、すべての平面鏡の傾斜角度を一斉に変化させることを特徴とする太陽熱エネルギー収集装置。
A vacuum flat plate solar heat collecting apparatus having a housing for holding a degree of vacuum, a transparent window on which sunlight enters the housing, and a heat collector for obtaining heat from the sunlight,
And at least two plane mirrors having an area equivalent to the area of the transparent window,
The plane mirror is arranged on both sides or one side of the vacuum flat plate solar heat collecting device when viewed from above, and the plane mirror is installed at an angle so that sunlight is reflected and incident on the plane mirror set downward. Equipped with multiple solar thermal energy collectors,
Common to the plurality of systems, an input pipe, an output pipe, a rotating shaft, a position adjusting device that changes the tilt angle of the plane mirror by rotating the rotating shaft, a motor that drives the position adjusting device, A power source for the motor and a computer for controlling the motor;
An input port of each solar energy collecting device is connected to the input pipe, an output port is connected to the output pipe, one end of a support post attached to a support supporting the plane mirror is fixed to the rotating shaft, and all plane mirrors A solar thermal energy collecting device characterized by changing the inclination angle of all at once.
請求項4記載の太陽エネルギー収集装置における最外側のシステムの前記平面鏡の外側に、前記平面鏡と同じ構成の追加の平面鏡を備えたことを特徴とする請求項4記載の太陽熱エネルギー収集装置。The solar thermal energy collector according to claim 4, further comprising an additional plane mirror having the same configuration as the plane mirror outside the plane mirror of the outermost system in the solar energy collector according to claim 4. 前記平面鏡の傾斜角度を太陽の高さに応じて1年周期で変えることを特徴とする請求項2〜5のいずれかに記載の太陽熱エネルギー収集装置。The solar thermal energy collection device according to any one of claims 2 to 5, wherein the inclination angle of the plane mirror is changed at a cycle of one year according to the height of the sun. 前記平面鏡の傾斜角度を太陽の高さに応じて1日周期で変えることを特徴とする請求項2〜5のいずれかに記載の太陽熱エネルギー収集装置。The solar thermal energy collection device according to any one of claims 2 to 5, wherein the inclination angle of the plane mirror is changed in a one-day cycle according to the height of the sun. 前記真空平板式太陽熱収集装置を前記回転軸に固定し、前記平面鏡と共に傾斜角度を変えることを特徴とする請求項2〜7いずれかに記載の太陽熱エネルギー収集装置。The solar thermal energy collector according to any one of claims 2 to 7, wherein the vacuum flat plate solar collector is fixed to the rotating shaft, and an inclination angle is changed together with the plane mirror. 前記位置調整機をギア機構で構成したことを特徴とする請求項2〜8いずれかに記載の太陽熱エネルギー収集装置。The solar thermal energy collecting apparatus according to any one of claims 2 to 8, wherein the position adjuster is configured by a gear mechanism. 前記電源を太陽電池で構成したことを特徴とする請求項2〜9のいずれかに記載の太陽熱エネルギー収集装置。The solar thermal energy collecting apparatus according to any one of claims 2 to 9, wherein the power source is a solar cell.
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